电气火灾一般隐蔽性强、突发性强、蔓延迅速，原始物证容易被破坏，故障发生部位因电气设备种类和机理不同而不易确定。另外，人为因素、环境因素复杂，导致起火方式、燃烧规律和痕迹特征各异，这大大增加了以痕迹鉴别为主要方式的电气火灾现场勘查和火因技术鉴定的难度。研究和实践表明，各种鉴别方法和技术都有一定的适用范围和局限性，如应用最为广泛的金相分析法对不便制样的微小痕迹(如弧光放电痕迹、金属喷溅痕迹等)不能进行金相分析和鉴别。为此，我们开展了《从微观形貌鉴别电气火灾原因的方法研究》项目的研究工作。

本项研究使用的主要仪器设备为KYKY-1000B型扫描电子显微镜，其主要性能指标为；

分辨率：6nm(钨丝)

放大倍数：15～250000×（W.D12mm）

加速电压：0～30kV

研究的样品为通常研究和鉴定过程中保存的痕迹样品、模拟试验样品及火灾现场中遗留的各种熔痕样品。

将样品用酒精进行表面去污，再用炭导电胶固定在样品杯上，待凝固后置放于样品台上，送至样品室内；当样品室真空度达5×10^-5托(1托=133.329Pa)以上时，接通探测器高压及灯丝加热电源；选择加速电压、束流、光栏及观察倍数，对样品能够表明其形成原因的部位进行微观形貌的观察和分析。

2.1.1  对于电线电缆熔痕，由于其外表面形貌特征对于鉴别一次和二次短路熔痕并不明显，应重点观察其内部组织结构和孔洞形貌特征。将熔珠与基体(杆)的衔接处(过渡区)通过技术处理使之断开，分别观察熔珠断面和杆端断面形貌特征。

2.1.2  对于接插件和接地金属构件(如金属框架、套管等)的熔痕，重点观察表面熔化区形貌特征。

2.1.3  对于照明灯具中用钨丝作为发光体的白炽灯等，应重点观察导丝熔痕和玻璃壳内表面的金属粘附物的形貌特征。

2.1.4  对于熔断器绝缘底座或套管、刀闸开关等，应重点观察熔体喷溅痕迹的形貌特征。

2.1.5  对于电阻器残痕，应重点观察表面金属膜断裂和烧伤痕迹等形貌特征。

2.2.1  一次短路熔痕的鉴别单股铜导线上其熔珠断面和基体(杆)端断面呈抛物线型卵形花样(见图1)；断面上孔洞均匀、细密，高倍像中可见到洞底有裂纹花样，有时也可见到放射状花样。从金属内部结构和组织形态上看，具有明显的树枝晶、柱状晶和共析组织，多股铜导线除具有单股铜导线一次短路熔痕形貌特征外，还存有未熔的基体痕迹。具有上述微观形貌特征的熔痕为一次短路熔痕，即火前形成的短路熔痕。

 

    图1  单股铜导线一次短路熔痕微观形貌  1000×        图2  单股铜导线二次短路熔痕微观形貌  500×

2.2.2  二次短路熔痕的鉴别单股铜导线和多股铜导线上熔珠断面与基体端断面呈蜂窝状花样(见图2)；断面的孔洞不均匀，有较大的气孔存在，在较大的孔洞内表面上存有小的孔洞，在高倍像中，洞底部有平行的条形花纹，内壁上有小的缩孔、卵石状颗粒和灰尘。从金属内部结构和组织上看具有明显的亚结构即胞状晶。具有上述微观形貌特征的熔痕为二次短路熔痕，即火烧后形成的短路熔痕。

2.2.3 火烧熔痕的鉴别火烧熔痕的熔珠断面和基体端断面可以清晰地见到等轴的和大晶界，大晶界内有亚共晶组织形貌，即(Cu+Cu₂O)共晶体，在外表面呈现为多边形n固溶体及孪晶的清晰图象，熔痕断面形貌为网格状花纹。具有上述微观形貌特征的熔痕为火烧熔痕，即火灾热作用形成的熔痕。

2.2.4  过载熔痕的鉴别过载熔痕其断面形貌似礁石状，无大孔洞、有缩孔，断面上可明显看到小熔区，在小熔区内残存有光滑和光亮区域(见图3)。从金属结构上看，有明显的树枝晶和过烧组织。具有上述微观形貌特征的熔痕为过载熔痕。

 

      图3  铜导线过载熔痕微观形貌  1300×              图4  电阻熔断喷溅痕迹形貌  500×

2.2.5  插接件及线路接头熔化痕迹的鉴别插接件及线路接头熔化痕迹在低倍观察时，熔化区与未熔化的基体之间有明显的分界线，熔化区内有孔洞存在，高倍观察时，熔化区内表面光滑。如：黄铜接线柱的电熔化痕迹，在熔化区与未熔化基体之间有明显的分界线，在熔化区内有气孔洞、河流花样、熔化堆积等。具有上述微观形貌特征的是电热作用形成的熔痕。

2.2.6  电阻器残痕的鉴别电阻器残痕表现为电阻表面金属膜断裂，断口沿电阻截断面均匀分布，断口附近有金属(膜)喷溅痕迹或在端帽附近存有金属喷溅痕迹，颗粒均匀分布在熔化区内(见图4)。具有上述微观形貌特征表明着火前处于通电状态。

外火作用于电阻器时(在未通电状态下)，则表现为金属膜断裂或烧蚀，断口并非沿电阻截面均匀分布，存在局部开裂现象。断口或端帽附近无金属喷溅痕迹。具有上述微观形貌特征表明着火前是处于断电状态。

2.2.7  熔体爆断的喷溅、粘附痕迹的鉴别熔体爆断喷溅、粘附痕迹的微观形貌特征为瓷底座上粘附着圆颗粒的喷溅物，且均匀分布(见图5)，这是短路或过载造成的。

 

图5  熔体爆断喷溅痕迹微观形貌  500×

2.2.8  钨丝作为发光体的灯具残痕的鉴别灯具的玻璃壳残痕表现为玻璃壳的内表面存有金属(钨)喷溅痕迹，且分布均匀。具有此微观形貌特征的灯具在起火前处于带电状态。

灯具起火前处于断电状态，外火焰使灯泡温度升高，玻璃壳发生破碎，此时，在灯具玻璃壳内表面上见不到金属(钨)的喷溅痕迹。

短路熔痕属于瞬间电弧高温熔化，具有冷却速度快、熔化范围小的特点。一次短路发生在正常环境中，二次短路发生在烟火与高温的环境中。通常火灾热作用熔化的痕迹，其时间、温度均与短路不同，具有温度持续时间长，火烧范围大的特点，其熔化温度低于短路电孤温度。

熔痕断面内的孔洞是由于气体在液态金属铜中熔解而产生，熔解过程通常分为吸附、离解、扩散三个过程。其溶解速度主要取决于气体的扩散过程，即达到饱和熔解度前，铜的温度越高，气体与铜的接触时间越长，则溶解的气体量也就越多。在液态金属铜的结晶过程中，如果冷却速度足够慢，大部分溶解的气体会排出体外；倘若冷却速度很快，凝固时间短，则有较多的气体滞留在金属体内而导致孔洞的形成。

一次短路熔痕形成的环境具有两个特点：一是空气中氧浓度较高，为21％左右，存在空气的溶解，特别是氧气的溶解现象的产生；二是环境温度较低，一般不超过70℃。这样液态铜冷却速度快，凝固时间短，溶入的气体量必定是少的。正是由于原发性短路熔珠的凝固过程较短，这些气体来不及排出体外而留于熔痕内，因而气孔总是少而小，呈现出均匀细致的特征。而二次短路熔痕形成的环境空气中氧浓度较低，一般为14％～21％，因其火场温度高，铜溶液冷却速度相应减慢，凝固过程较长，溶人的气体量较多，因而，二次短路熔痕内孔洞不均匀，有较多的气体存在。?

火烧熔痕是在火灾环境中形成，熔化痕迹形成时，从液态到固态的转变晶核有一个形成与长大的阶段，铜充分地吸收了周围的氧气而发生氧化还原反应，大部分的气体被逸出，同时，火灾现场的温度较高，冷却速度相对缓慢，凝固过程较长，气体的熔解时间较充分，因而形成上述微观形貌特征。

导线过载也会引起线路过热而导致火灾。这种熔痕在瞬间高温大电流的情况下形成，其外观特征近乎火烧熔痕，但微观形貌存在明显的差别。过载引起导线显微组织的变化，是由于过载电流的增加以及时间的持续，使导线的自身温度升高，瞬间大电流还会使导线局部过热而熔断。

3.1  通过对电线电缆(电气线路)、插接件、照明灯具、电阻器等表面、内部微细结构和孔洞特征的观察、分析研究和实验验证，证明所创建的电气火灾原因技术鉴定的微观形貌法是可行实用的。

3.2  此项研究拓宽了对电气火灾残留物的鉴定范围。

3.3  提出了火场中金属熔痕的重点观察部位和用于鉴别其熔化性质的微观形貌特征。

3.4  解决了对微小熔痕进行鉴别的技术问题。